Марганець(Mn)

Марганець– есенційний мікроелемент для всіх живих організмів, необхідний для їх нормального росту і розвитку.

Він має різні ступені окиснення: +2, +3, +4, +6, +7. Сполуки Mn⁺⁺ проявляють основні та відновлювальні властивості, Mn⁺⁶, Mn⁺⁷⁺ – кислотні та окиснювальні властивості.

Поширення у природі та добова потреба

Повноцінне харчування забезпечує надходження в організм у середньому 3–4 мг Mn на добу.

Джерела:

· продукти рослинного похо­дження: неочищені злаки – вівсяна, гречана крупи, житній хліб, пшеничні та рисові висівки, зелені овочі, горох, буряк, фрукти, горіхи, чай, кава;

· продукти тваринного похо­дження: печінка, нирки, м'ясо;

Добова потреба у Mn становить:

· дорослі: 2, 0 – 5, 0 мг;

· новонароджені до 6 міс.: 0, 3 – 0, 8 мг;

· діти до 1 року: 0, 6 – 1, 0 мг;

· діти 1–3 років: 1, 0 – 1, 5 мг;

· діти 4–6 років: 1, 5 – 2, 0 мг;

· діти 7–10 років: 2, 0 – 3, 0 мг.

Потреба у Mn⁺⁺збільшується при значних психоемоційних навантаженнях, клімаксі у жінок, алкоголізмі.

Метаболізм

Всмоктування. Лише 3–4 % марганцю, який надходить з їжею, абсорбується у тонкому кишечнику. Кальцій, фосфор, залізо та кобальт знижують засвоєння мікроелемента.

Концентрація Mn⁺⁺ у крові – 4–20 мкг/100 мл (або від 0, 73 до 3, 64 мкмоль/л). Цей показник залежить від віку та статі. Найбільша кількість мікроелемента у крові новонароджених, найменша – у похилих людей.Від 40 до 60 % марганцю зосереджено в еритроцитах у комплексі з порфіринами. У плазмі крові він зв'язаний з транспортним білком β ₁-фракції глобулінів трансманганіном та наявний у вигляді мінеральних солей. Вміст мікроелементу у плазмі дорівнює 0, 1 мкг/100 мл. З крові марганець швидко надходить у тканини.

Поширення у тканинах. Загалом в організмі людини знаходиться близько 10–20 мг марганцю, 43 % його зосереджено у трубчастих кістках, залишок у м′ яких тканинах – в основному у печінці, нирках, підшлунковій залозі. Він може проникати через гематоенцефалічний бар'єр у плаценту. Марганецьнакопичується переважно у тканинах, багатих на мітохондрії. Значна частина його акумулюється у пігментованих частинах тіла – шкірі, сітківці ока, кон′ юктиві, темному волоссі.

Екскреція. У зв′ язку з тим що у крові Mn⁺⁺ міститься у комплексі з білком, екскреція його з сечею незначна – становить 0, 1 %–1, 3 %, тобто не більше 3 мкг/100 мл креатиніну. Близько 95 % марганцю екскретується з жовчу і виводиться з фекаліями. Жовчовиділення – основний регуляторний механізм, який підтримує стабільний рівень мікроелемента у тканинах. Частина Mn⁺⁺ виводиться з потом.

Біологічна роль

У біологічних системах марганець міститься у вигляді іонів Mn⁺⁺ та комплексів з білками, нуклеїновими кислотами, порфіринами. На відміну від Mn⁺⁺ катіони Mn⁺⁺⁺ міцно зв′ язуються з білками і спільно з Fе³⁺ входять до складу металопротеїнів – супероксиддисмутази, кислої фосфатази, трансферину.

· Кофактор ферментів. Як кофактор, або активатор багатьох ферментів Mn⁺⁺ бере участь у життєво важливих метабо-лічних процесах – обміні білків, вуглеводів, ліпідів. До Mn⁺⁺-залежних ензимів належать: ізоцитратдегідрогеназа, аргі-наза, лейцинамінопептидаза, фосфотрансфераза, холінес-тераза, ліпопротеїнліпаза, енолаза, 5-оксипроліназа, гідро-лази, декарбоксилази та ін. Mn⁺⁺ може взаємодіяти з ферментами дихального ланцюга мітохондрій.

· Вільнорадикальне окиснення. Марганецьперешкоджає вільнорадикальному окисненню компонентів мембран, підтримує їх стабільність. Він є кофактором мітохон-дріальної супероксиддисмутази(СОД), яка каталізує знеш-кодження супероксид-аніон-радикала, міститься у всіх ткани-нах, діє у комплексі з каталазою:

О₂^· + О₂^· + 2Н⁺ → H₂O₂ + O₂,

H₂O₂ + H₂O₂ → 2H₂O + O₂.

· Взаємодія з магнієм. Марганецьможе замінювати магній у активних центрах ферментів і навпаки.

· Універсалізм. Mn⁺⁺ сприяє каталітичній дії ензимів подібно до інших катіонів - Сu²⁺, Fе²⁺, Zn²⁺, Са²⁺.

· Фіксація СО₂. Mn⁺⁺-біотин-вмісні фермени піруваткарбок-силаза та а цетил-КоА-карбоксилаза забезпечують залучення СО₂ у метаболічні процеси – глюконеогенез та синтез жирних кислот.

· Репродуктивна функція. Mарганець забезпечує нормальну репродуктивну функцію – овогенез, сперматогенез, виношу-вання плода, вигодовування новонароджених, запобігає деге-неративним змінам статевих залоз, розвитку стерильності.

· Формування кісток. Mn⁺⁺ відіграє важливу роль у синтезі та відкладенні мукополісахаридів у хрящовому матриксі трубчастих кісток. Нестача мікроелемента викликає значне зниження вмісту у кістках хондроїтинсульфату та їх деформацію.

· Розвиток сполучної тканини та хрящів. Mn⁺⁺ – необхідний компонент у синтезі глікопротеїнів і протеогліканів.

· Метаболізм вуглеводів. Mn⁺⁺ підсилює гіпоглікемічний ефект інсуліну, сприяє утилізації глюкози у периферійних тканинах, її використанню у процесах окиснення, синтезі мукополісахаридів, ліпідів та інших сполук.

· Метаболізм ліпідів. Mn⁺⁺ виявляє «ліпотропний ефект» – запобігає жировому переродженню печінки, стимулює синтез жирних кислот та холестеролу.

· Синтез порфіринів. Більша частина Mn⁺⁺ крові знаходиться у еритроцитах у комплексі з порфіринами, крім того, він є активатором δ -АЛК-синтетази– ключового ензиму синтезу гема.

· Інші функції – є свідчення участі марганцю у стабілізації конформації РНК і ДНК, процесах реплікації, транскрипції, трансляції, обміні нейромедіаторів, гормонів щитоподібної залози, вітамінів С, Е, групи В, холіну, міді.

Причини та ознаки дефіциту та надлишку Mn⁺⁺

Недостатність марганцю – одне з найбільш поширених відхилень обміну мікроелементівв організмі сучасної людини.

Дефіцит марганцю розвивається внаслідок:

· недостатнього надходження мікроелемента в організм через зменшення вживання багатої на марганець рослинної їжі;

· надлишку в їжі кальцію та фосфатів, які перешкоджають засвоєнню Mn, наявність його антагоністів – цезію, ванадію.

· підсиленого виділення Mn⁺⁺ під впливом надлишку міді, кальцію, заліза;

· надмірного використання Mn⁺⁺ при значних психоемоцій-них навантаженнях, у клімактеричному періоді у жінок;

· порушення регуляції метаболізму Mn⁺⁺.

Ознакинедостатностімарганцю:

1. Загальне знедужання – зниження маси тіла, нудота, блювання, швидка стомлюваність, підвищення ризику розвитку онкологіч-них захворювань.

2. Неврологічні прояви – зниження активності мозкових процесів, погіршення пам′ яті, швидкості мислення.

3. Опорно-рухова система – біль у м'язах, судоми, порушення руху, дегенеративні зміни у кістках, суглобах, часті переломи та вивихи, остеопороз.

4. Дерматологічні прояви – порушення пігментації шкіри та волосся, поява дерматитів, вітиліго, затримка росту нігтів і волосся.

5. Репродуктивна функція – безплідність у чоловіків та жінок, дисфункція статевих залоз, нездатність до виношування плода, ранній клімакс, передчасне старіння організму.

6. Біохімічні зміни – порушення стабільності мембран нервових та інших клітин, зниження толерантності до глюкози, падіння рівня холестеролу у крові, порушення обміну вуглеводів, ліпідів, вітамінів.

7. Імунологічні прояви – зниження імунітету, розвиток алергії.

Надлишок Mn. Випадків отруєнь марганцем унаслідок його надмірного надходження з їжею не зафіксовано. При проживанні у відповідних ендемічних регіонах, ознаки інтоксикації Mn проявляються дуже повільно, впродовж років.

Марганцева інтоксикація частіше розвивається у робітників підприємств, які видобувають або переробляють Mn-вмісну руду. Зазвичай надмірна кількість мікроелемента надходить в організм разом із марганцевим пилом або аерозолями.

Ознаки надлишку марганцю. Хронічні отруєння сполуками марганцю характеризуються неврологічними та легеневими проявами. Основні симптоми магнієвої інтокси-кації – втрата апетиту, апатія, сонливість, загальмованість або нервове збудження, погіршення пам’яті, симптоми на кшталт паркінсонізму та хвороби Вільсона, тремор, болі у м′ язах та суглобах, порушення ходи, втрата координації та скутість рухів, постійне м’язове напруження, судоми, ураження легенів, значні порушення нервової системи «марганцевий психоз», які згодом стають незворотними.